无人机倾斜摄影在农村不动产测量中的应用

关键词：无人机；倾斜摄影；不动产测量；地籍图

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）21-0119-03

0 引言

近年来，无人机倾斜摄影技术发展迅速，已逐渐应用于各行各业。农村不动产测绘要求测量地籍和房屋，丈量宗地和房屋的边长，并进行指界确权。传统的测绘采用GPS-RTK和全站仪进行点位坐标的采集，利用卷尺等丈量房屋边长等。在利用GPS-RTK 采集点位坐标时，容易受到卫星信号的影响，导致测量状态不是固定解，并且由于墙壁等遮挡，在测量界址点坐标时，GPS-RTK无法直接获取准确的界址点坐标，导致测量误差较大[1-2]。利用全站仪进行界址点坐标采集时，由于要求设站与被测点通视，当存在遮挡时就需要换站。农村房屋建设较密集且不规则，利用全站仪测量，设站更换频繁，严重影响了测量效率[3]。在测量宗地和房屋边长时，对于外部可以直接采用卷尺或者钢尺进行测量，但对于院内，一般需要入户测量。在农忙时，一般家中无人，无法入户测量，也严重影响了测量的进度[4-5]。而且，对于丈量边长来说，尺子的长度有限，且存在拉伸变形的问题，在对较长的边界测量时，需要多次接着测量，然后求和。在换尺子的时候，容易产生较大的误差，导致测量精度降低，这都不利于不动产的准确测量。目前的不动产证书记载的信息较少，附图页多为房产分户平面图，属于二维图，看上去不直观，非专业人员识图困难。针对上述问题，本文采用倾斜摄影技术，并结合像控点，生产高精度倾斜空三加密成果及实景三维模型，测绘地籍图。以山东潍坊市某一农村不动产测量项目为例，验证了本文方案的可行性。在实际确权方面，通过模型指界确权，提升了确权的效率。笔者最后建议将模型按照一定的比例尺，从不同角度进行打印，然后粘贴在不动产附图页上，这样可以更加直观地查看房屋的结构和相对关系，使所有人能够识图。并且将模型保留下来作为留存依据，可以有效处理农村的违规建筑，在一定程度上也可以起到震慑随意违建的作用。

1 无人机倾斜摄影

1.1 倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影是指以无人机为飞行平台，将多个相机拼装在一起，固定在飞行平台上。通过飞行控制装备控制相机的曝光拍照，并将相机曝光时的空间位置记录下来，将获取的相片保存，然后采用专业的摄影测量软件，结合内外方位元素，解算得到每张照片少量的空间三维坐标，并采用大地测量像控点平差调整，将少量定位坐标转换到大地测量坐标系统下，然后生产得到各种测绘产品。倾斜设备常见的有2镜头、3镜头、5镜头和9镜头等，考虑到获取数据的全面性和飞机的续航时间，一般选择5镜头的相机进行摄影测量作业，其由“1+4”模式组成，即1下视和4侧视，分别从垂直和侧视角度获取被摄物体的纹理信息。

1.2 斜摄影测量作业流程

倾斜摄影技术用于农村不动产测量，其主要包括数据的获取和数据的解算，其具体的流程如图1所示。

2 案例分析

本文以山东潍坊市某一农村不动产测量为例，对本文提出的方案流程进行详细介绍。

2.1 任务区概况

任务区地势较为平坦，房屋分布较为密集，面积约为2km2。拟采用旋翼无人机，搭载飞盟AIRCAM-4 进行影像数据获取，采用瞰景Smart3D进行建模，利用EPS软件进行地籍图采集，再利用外业采集的检测点和丈量的边长进行精度检测。

2.2 外业数据采集

2.2.1 航线规划

本次选用航迹大师软件进行航线规划。添加测区范围线到软件中，设置航向、旁向重叠度为80%，下视镜头分辨率为0.015 m。作业时搭载侧视焦距为50 mm，下视相机为35 mm的5镜头倾斜相机，计算得到作业时的航摄相对高度约为134 m，然后设置航向、旁向外扩200 m，并生成航线。

2.2.2 像控点获取

为便于确定像控点点位，以图新地球中的影像为底图，本次像控点之间的距离按照300m的间隔布设。点位选取时要求地势平坦，四周空旷，无遮挡。点位选取布设完成后，导出kml文件。利用手机端的奥维App软件加载kml文件，通过导航定位的方式，完成每个点位的实地现场选点、靶标喷涂和点位坐标量测。本次外业实地喷涂的标志如图2所示。

利用网络RTK测量靶标坐标值，要求采集时仪器状态为固定解。在采集点位的同时，另一个作业人员通过近景和远景的方式采集点位的实地照片，便于内业人员在转刺像控点时快速找到并核实点位，避免像控点转刺错误。

2.2.3 航空摄影获取影像

在像控点布设采集完成后，对无人机各项硬件进行检查，并将航线上传飞控。通过地面试拍的方式对内存卡和相机进行检查，确保在作业过程中，相机可以正常采集影像，内存卡可以正常写入影像，POS记录装置可以完整地记录相机曝光时的位置和姿态。符合安全起飞标准后，完成无人机的起飞与低空影像数据的采集工作，最后沿着航线返回并降落。待无人机运转停止后，取下安装的内存卡并拷贝影像数据和POS数据，导出相机参数。查看数据的完整性和质量，确保航摄影像色调质量较好，POS数据和影线数据对应准确，成果可用。

2.3 内业数据处理

内业数据处理主要包括空中三角测量解算、实景三维模型生产和地籍图测绘。

2.3.1 空中三角测量解算

空三加密也称空中三角测量解算，是指通过多种算法，解算得到每张影像的6个外方位元素。本次选用瞰景Smart3D软件完成影像空中三角测量解算。在对同名点解算时，参照影像和POS之间的对应关系，解算出每张影像上少量的三维点坐标，从而得到各影像的空间位置和姿态。本次通过自由网解算和像控点约束平差，最终得到了符合要求的空三加密成果。

2.3.2 实景三维模型重建

实景三维模型重建包括多视影像密集匹配、白模构建和纹理映射。空三得到的加密点数量少，无法对地形的变化进行准确表达。通过密集匹配算法，得到稠密点云，从而构建得到白模，基于三角网和影像的关系，完成纹理的映射。本次设置模型重建瓦片大小为100 m×100 m，其占用内存约为30 G，在建模过程中，低于建模电脑内存的一半，可以避免内存溢出而导致建模失败。模型输出格式选择带多层级金字塔的OSGB 格式，便于加载到第三方软件浏览和采集地籍图。

2.3.3 地籍图测绘

本次测绘地籍图选用EPS软件，加载OSGB模型和XML坐标文件，创建DSM数据。利用“五点房”命令对规则四边形房屋进行采集，对于其他形状的房屋，依次在每个墙面上提取点坐标，构成一个不规则的闭合面。在完成采集后，对房屋的结构和其他属性进行完善。对于因遮挡或变形严重而无法准确采集的墙面，可通过立体像对在虚拟立体环境下完成采集。本次采集的部分地籍图如图3所示。

3 精度检测与统计评价

本次检测地籍图成果精度从两方面入手，即界址点精度和边长精度检测。利用10个检测点检测地籍图精度，具体较差见表1。

表1中，DX、DY、DS分别代表测量值和地籍图上对应位置在X方向、Y方向上的距离以及两个点的直线距离。对表1中的10个检测点精度统计分析可知，本次界址点较差最小为5.4 cm，最大为11.0 cm，以10 个检测点的算数平均值作为中误差，即得到本次地籍图界址点中误差为7.6 cm，符合表2中界址点二级精度要求。

利用丈量的15条高精度边长距离，检测并统计房屋边长精度，具体见表3。

由表3可知，本次15条房屋边长中，最大较差为0.158 m，平均较差为0.117 m，符合表2中二级精度要求的间距误差。而且由边长长度可知，采用本文的方法得到的房屋边长，其精度不随房屋的边长增大而降低。

4 创新点及建议

本文提出采用倾斜摄影测量的方式进行地籍图测绘，其中创新点和建议如下：

1） 基于实景三维模型制作地籍图。其精度属于误差传递，同一个空三得到的成果，其误差基本一致，不会因房屋的边长增长而导致精度降低，这比传统的丈量方式获得的精度高。传统的丈量长边时，由于多次续接丈量，会导致边长的精度随着房屋边长的增大而降低，而采用倾斜摄影方式可以避免这一问题。

2） 基于实景三维模型指界确权。传统的指界确权需要指界双方到达现场进行指界确定权属，而采用实景三维模型，只需在电脑前就可以完成权属的指定。对于外出务工人员，可以通过视频方式，委托他人或者自己，在村领导和乡村百姓的见证下指定确权，有利于权属的指定。

3） 目前不动产证书为二维平面图，需要专业人员才能读懂图纸表达的意思，而且不直观，不利于产权人了解不动产内容。基于实景三维模型，从不同角度以一定比例尺将模型输出为二维图，粘贴到不动产证书的附图页上，这样更有利于产权人了解自己的不动产证书，房屋结构属性更加明确。

4） 实景三维模型成果可作为历史数据留存，对农村违法违建起到震慑作用，也可以作为违法违建的依据，便于对违法违建的建筑进行拆除处理。

5 结束语

本文以山东潍坊市某农村不动产测量项目为例，对倾斜摄影技术在农村不动产测量中的具体应用进行了探讨，基于倾斜摄影技术制作了地籍图。通过对地籍图的精度检测，得出本文方案生产的地籍图符合地籍测绘二级精度要求的结论。最后，提出了基于模型完成指界确权的建议，给出将模型按一定比例尺输出到不动产附图页上的方法，可以为同行和相关人员提供借鉴。